哪些原因造成數(shù)控機床加工精度異常故障
2020-07-16
生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到數(shù)控機床加工精度異常的故障。此類故障隱蔽性強、診斷難度大。導(dǎo)致此類故障的原因主要有以下方面：
1）機床進(jìn)給單位被改動或變化
2）機床各軸的零點偏置（NULLOFFSET）異常
3）軸向的反向間隙（BACKLASH）異常
4）電機運行狀態(tài)異常，即電氣及控制部分故障
5）此外，加工程序的編制、刀具的選擇及人為因素，也可能導(dǎo)致加工精度異常。
1、系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化或改動
系統(tǒng)參數(shù)主要包括機床進(jìn)給單位、零點偏置、反向間隙等等。例如SIEMENS、FANUC數(shù)控系統(tǒng)，其進(jìn)給單位有公制和英制兩種。選擇品質(zhì)機床附件認(rèn)準(zhǔn)鈦浩機械，機床修理過程中某些處理，常常影響到零點偏置和間隙的變化，故障處理完畢應(yīng)作適時地調(diào)整和修改；另一方面，由于機械磨損嚴(yán)重或連結(jié)松動也可能造成參數(shù)實測值的變化，需對參數(shù)做相應(yīng)的修改才能滿足機床加工精度的要求。
2、機械故障導(dǎo)致的加工精度異常
一臺THM6350臥式加工中心，采用FANUC0i-MA數(shù)控系統(tǒng)。一次在銑削汽輪機葉片的過程中，突然發(fā)現(xiàn)Z軸進(jìn)給異常，造成至少1mm的切削誤差量（Z向過切）。調(diào)查中到：故障是突然發(fā)生的。機床在點動、MDI操作方式下各軸運行正常，且回參考點正常；無任何報警提示，電氣控制部分硬故障的可能性排除。分析認(rèn)為，主要應(yīng)對以下幾方面逐一進(jìn)行檢查。
（1）檢查機床精度異常時正運行的加工程序段，特別是刀具長度補償、加工坐標(biāo)系（G54～G59）的校對及計算。
（2）在點動方式下，反復(fù)運動Z軸，經(jīng)過視、觸、聽對其運動狀態(tài)診斷，發(fā)現(xiàn)Z向運動聲音異常，特別是快速點動，噪聲更加明顯。由此判斷，機械方面可能存在隱患。
（3）檢查機床Z軸精度。用手脈發(fā)生器移動Z軸，（將手脈倍率定為1×100的擋位，即每變化一步，電機進(jìn)給0.1mm），配合百分表觀察Z軸的運動情況。在單向運動精度保持正常后作為起始點的正向運動，手脈每變化一步，機床Z軸運動的實際距離d=d1=d2=d3…=0.1mm，說明電機運行良好，定位精度良好。
而返回機床實際運動位移的變化上，可以分為四個階段：
①機床運動距離d1>d=0.1mm（斜率大于1）；
②表現(xiàn)出為d=0.1mm>；d2>d3（斜率小于1）；
③機床機構(gòu)實際未移動，表現(xiàn)出最標(biāo)準(zhǔn)的反向間隙；
④機床運動距離與手脈給定值相等（斜率等于1），恢復(fù)到機床的正常運動。
無論怎樣對反向間隙（參數(shù)1851）進(jìn)行補償，其表現(xiàn)出的特征是：除第③階段能夠補償外，其他各段變化仍然存在，特別是第①階段嚴(yán)重影響到機床的加工精度。補償中發(fā)現(xiàn)，間隙補償越大，第①段的移動距離也越大。
分析上述檢查，數(shù)控技工培訓(xùn)認(rèn)為存在幾點可能原因：一是電機有異常；二是機械方面有故障；三是存在一定的間隙。選擇品質(zhì)機床附件認(rèn)準(zhǔn)鈦浩，為了進(jìn)一步診斷故障，將電機和絲杠完全脫開，分別對電機和機械部分進(jìn)行檢查。電機運行正常；在對機械部分診斷中發(fā)現(xiàn)，用手盤動絲杠時，返回運動初始有非常明顯的空缺感。而正常情況下，應(yīng)能感覺到軸承有序而平滑的移動。經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)其軸承確已受損，且有一顆滾珠脫落。更換后機床恢復(fù)正常。
3、機床電氣參數(shù)未優(yōu)化電機運行異常
一臺數(shù)控立式銑床，配置FANUC0-MJ數(shù)控系統(tǒng)。在加工過程中，發(fā)現(xiàn)X軸精度異常。檢查發(fā)現(xiàn)X軸存在一定間隙，且電機啟動時存在不穩(wěn)定現(xiàn)象。用手觸摸X軸電機時感覺電機抖動比較嚴(yán)重，啟停時不太明顯，JOG方式下較明顯。
分析認(rèn)為，故障原因有兩點，一是機械反向間隙較大；二是X軸電機工作異常。利用FANUC系統(tǒng)的參數(shù)功能，對電機進(jìn)行調(diào)試。首先對存在的間隙進(jìn)行了補償；調(diào)整伺服增益參數(shù)及N脈沖抑制功能參數(shù)，X軸電機的抖動消除，機床加工精度恢復(fù)正常。
4、機床位置環(huán)異?；蚩刂七壿嫴煌?br/>
一臺TH61140鏜銑床加工中心，數(shù)控系統(tǒng)為FANUC18i，全閉環(huán)控制方式。加工過程中，發(fā)現(xiàn)該機床Y軸精度異常，精度誤差最小在0.006mm左右，最大誤差可達(dá)到1.400mm.檢查中，機床已經(jīng)按照要求設(shè)置了G54工件坐標(biāo)系。在MDI方式下，以G54坐標(biāo)系運行一段程序即“G90G54Y80F100；M30；”，待機床運行結(jié)束后顯示器上顯示的機械坐標(biāo)值為“-1046.605”，記錄下該值。然后在手動方式下，將機床Y軸點動到其他任意位置，再次在MDI方式下執(zhí)行上面的語句，待機床停止后，發(fā)現(xiàn)此時機床機械坐標(biāo)數(shù)顯值為“-1046.992”，同第一次執(zhí)行后的數(shù)顯示值相比相差了0.387mm。按照同樣的方法，將Y軸點動到不同的位置，反復(fù)執(zhí)行該語句，數(shù)顯的示值不定。用百分表對Y軸進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)機械位置實際誤差同數(shù)顯顯示出的誤差基本一致，從而認(rèn)為故障原因為Y軸重復(fù)定位誤差過大。對Y軸的反向間隙及定位精度進(jìn)行仔細(xì)檢查，重新作補償，均無效果。因此懷疑光柵尺及系統(tǒng)參數(shù)等有問題，但為什么產(chǎn)生如此大的誤差，卻未出現(xiàn)相應(yīng)的報警信息呢？進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，該軸為垂直方向的軸，當(dāng)Y軸松開時，主軸箱向下掉，造成了超差。
對機床的PLC邏輯控制程序做了修改，即在Y軸松開時，先把Y軸使能加載，再把Y軸松開；而在夾緊時，先把軸夾緊后，再把Y軸使能去掉。調(diào)整后機床故障得以解決。
